自动检测技术及应用-电.ppt

1、机电自动检测技术和应用多媒体课件(共13章，第2章，第1节)集成图书编号：ISBN 978-7-111-34300-4课程支持网站www.sensor-或2012年7月版，第2章电阻传感器本课件为第2章的1其中包括应变计工作原理、应变计类型、结构和粘贴、应变计的测量转换电路、应变效应应用、负载传感器、扭矩、压力电阻固态压力传感器等。应变效应和应变计的测量转换电路应变效应的应用压力电阻固态压力传感器、佐原健二、第一节应变传感器目录、第一节电阻应变传感器、导体或半导体材料在外力作用下发生机械变形，电阻值随变化而变化，这称为应变效应。电阻应变传感器主要由电阻应变计、弹性元件和测量转换桥电路等组成。介

2、绍了应变效应、应变计的基本原理和分类、不平衡桥的特性、零曹征和温度补偿、负载传感器、汽车衡、扭矩传感器、压力电阻固态压力传感器、输入液位计等。应变原理表明，当拉丝时，L变长，R变小，R变大。1，应变计的工作原理，1伸展前2伸展后，电阻拉后，长度增大，直径减小，阻力增大。应变计结构、1导2罩3基准4电阻线、L:应变计的工作基准长度、B:应变计基准宽度、bl:应变计的有效使用区域。拉导线后阻力变化，长度L，截面面积A，半径R，阻力，阻力，阻力R，相对变化，阻力值R，相对变化，阻力值R，R，L，R，R，R，R，半导体拉后的阻力变化，某些片状半导体拉或压时(/)/x(称为压力阻力系数)发生了巨大变化，

3、半导体的阻力R增大或减小称为阻力效应。灵敏度、非线性、温度漂移更大。电阻相对变化如下：形式中：拉时，N型硅的灵敏度Ks为负，P型硅的Ks为正。Ks取决于片的方向，如下表所示。p型硅的14向切片灵敏度高，大约是金属的70倍。应变计的电阻相对变化量与力的关系，应变计的电阻线的电阻相对变化量R/R，与材料力学轴向变形X的关系在大范围内是线性的。也就是说，x=F/(AE)，K是灵敏度，金属材料的面积是A，弹性系数是E的话，R/应变计的灵敏度K，试样的横截面面积A和材料的弹性系数E都是已知的，测量应变计的R/R值就可以知道试样的力大小。根据这个原理，可以用来测量牵引力和物体的重量。微变形()，根据金属材

4、料，K略有不同，一般为2左右。对于半导体材料，当感觉到应变时，电阻率会发生很大变化，因此灵敏度比金属材料大50200倍。在材质动力学中，x=l/l也称为电阻器的轴向变形、纵向变形。x通常很小。例如，如果x为0.000001(10-6)，则在项目中通常表示为1m/m或1精细变形(1)。对于金属材质，建议力后发生的轴变形不要大于110 3。也就是说，必须小于1000m/m(1000)。否则，可能会超出材料的极限强度，导致非线性或断裂。应变计的分类，应变计可分为两大类：金属应变计和半导体应变计。电子可以分为金属线、箔、薄膜式等。，A)金属薄板型B)金属薄板型C)金属薄板型D)半导体应变板2金属薄板3

5、半导体4基板5针6位置标记7室，金属线应变结构，金属线与箔应变的差异，金属线应变变大，金属线容易脱交，逐渐被箔取代。但是金属线应变计价格便宜，多用于大量、一次性实验。箔变形片的箔片是用金属箔光刻、腐蚀等工艺制成的。箔式应变计和薄板基座的接触面积大得多，冷却条件好，长时间测量时蠕变小，一致性好，目前广泛应用于各种应变传感器，如电子秤。焊接温度250、不同测量方向的金属箔应变计图形、基于半导体应变计、N型和P型硅，采用扩散、外延和薄膜工艺制作。主要优点是灵敏度比金属应变计高得多。缺点是灵敏度的一致性差异、温度漂移、电阻和应变之间的非线性严重。使用时需要反桥、全校温度补偿和非线性补偿措施。特定系列应

6、变计的主要性能指标，在上表中，半导体应变计是什么？根据是什么？应变计粘贴1。确认封锁。2 .在选定贴纸的位置绘制十字光标。3 .用细砂纸再磨一次(45度交叉图案)。4。用棉纱或脱脂棉花用丙酮擦结构表面，擦几次后用手摸表面渡边杏。5 .用透明胶带将应变计和元件暂时固定在销上，移动胶带位置以正确定位应变计。6。在应变板的背面涂上一滴快速干教授，根据应变面积，胶水的杨怡太多，渡边杏。7 .将塑料薄膜复盖在应变板上，用毛脂挤压多余的胶水，按压时间通常为1分钟，室温低时适当延长。8 .为了稳定粘合剂，干衣机微加热处理(注意距离和均匀性)，用万用表测量应变计绝缘电阻值，必须大于20M，9。将应变座引线焊接

7、到线板上，焊点应光滑牢固。引线应渡边杏拉紧，形成弧，连接到配线板。10。将连接应变计的导线焊接到线材板上(焊接时间尽可能短)，用绝缘胶带将导线固定在零部件上，然后再次检查应变计质量，11 .应变计周围涂上软硅(防潮、防损坏)。12 .硅胶固化后，应变计粘贴完成。但是要重新检查应变计的电阻和绝缘。13 .固定：贴附，熔接后，将引线和测试的目标固定到磁带上，以防止引线和转移。测量材料拉伸变形，在力大斜拉桥斜线末端的圆柱上粘贴束带，测量各斜线束带的变形，计算张力，确保张力超过设计值。管桩材料的压缩变形测量，预应力管桩的力预测：工人粘贴应变计，应变计附着在管桩上，4个应变计可以构成整个桥梁。3、测量转

8、换电路不平衡桥、金属应变计的电阻变化范围很小。使用欧姆表直接测量电阻值的变化，很困难，误差很大。例如：将金属箔应变计的标称电阻值R0贴附至具有100、灵敏度K=2的断面为9.8mm2的钢圆柱。钢的弹性系数E=21011N/m2，拉F=0.2t，拉后应变的阻力R的变化量仅为0.2。因此，必须使用不平衡桥测量此微小变化量，并将R /R转换为输出电压Uo。不平衡电桥属于微分法测量，用计算机直接测量应变电阻的变化量是很困难的。因为衡量数百欧元基准值中0点几欧元变化的分辨率较低。利用电桥，通过将测量的底部转换为在0值附近变化的毫伏输出电压，可以通过“桥式放大电路”放大此小变化电压。达到几伏大小的有效输出

9、信号，可以接收A/D转换器。在不平衡电阻桥中，可以使用电阻传感器代替桥臂电阻或多桥臂的电阻。如果电阻传感器的电阻值发生变化，桥失去平衡，计算机可以根据桥的输出电压计算测量值。由4个电阻R1、R2、R3、R4组成的不平衡桥的结构，每个侧称为桥的“桥臂”。有四个节点a、b、c和d。a、C节点之间访问电源Ui，其他节点对(B、D)之间的电压差异用作输出电压Uo端。b，d点到阴极(a点)的电压相同时称为“桥平衡”。相反，它被称为“桥不平衡”。全校平衡的条件是上下两条腿胳膊的阻力比率相同。不平衡桥的输出电压，如果相邻电阻的电阻值朝相反的方向变化，则桥会产生输出电压。桥平衡条件：R1/R2=R4/R3或R

10、1R3=R4R2，4个桥阻力通常不完全相同，因此需要设置“零曹征电位器”RP并调整RP。图中R5的作用是减少曹征范围(也称为限流电阻)。不平衡桥可分为单臂、双臂、全校。单臂半桥：四条腿臂中只有一条阻力是可变的。R2是变异。R3、R4是固定电阻(低温漂锰合金电阻)桥的输出电压。单臂半桥的灵敏度最低。单臂桥图，桥式放大电路(差动减电路)，等：R1的初始值为120、R=0.1，桥接激励电压为12V。放大器的输出电压Uo2为100mV，因此得到3360，A=Rf/R11=Uo2 /Uo=100/2.5=40倍R11桥式臂电阻约为100倍，10k。解决方法：腿输出电压Uo为：双臂半桥，R1，R2为应变片

11、，R3，R4为固定电阻(低温漂白的合金电阻)。应变计R1，R2感受到的应变1，2相反，生成的电阻增量的符号相反，输出电压Uo可以加倍。4臂全桥、全校四条腿的胳膊都是应变片。如果你想得到试件的力，应变片R1 R4产生的阻力增加(或检测到的应变14)，输出电压：独臂，双臂反桥，全校工作方式中哪个灵敏度最高？哪个灵敏度最低？，是的，应变效果的应用，电阻应变板的应用主要可分为两大类。第一类：将应变计粘贴到特定弹性体上，将其连接到测量转换电路，以配置测量各种物理量的专用应变传感器。变形传感器中敏感元件通常是各种弹性体。第二类：通过将应变计粘贴到测试的零件上，然后将其连接到应变计，可以直接从应变计中读取测

12、试零件的响应变量。下面重点介绍第一类“专用变形传感器”。应变力传感器、s型力传感器、F、F、F、F、F、各种悬臂、各种悬臂、F、端紧固螺钉孔、电缆、托盘紧固螺钉孔、应变力的各种弹性元素，a)对于实心轴b指定点，上下表面的应变大小相同，符号相反。将等截面轮廓的截面厚度设置为宽度B，总长度。固定端L处长度方向的变形与距根的距离成比例为：等截面悬臂梁的最大变形发生在梁根处，此部分也是结构最薄弱的部分。等强度悬臂梁、应变计对悬臂的附着和力变形演示、应变载荷传感器的形状和应变计的附着位置、F、圆柱弹性元件(等截面轴)的变形、轴的截面面积a、轴材料的弹性系数e、材料的泊松比、等截面轴承受轴向张力或压力F的

13、情况下，可以在测试力较小时使用铝合金铝的弹性系数约为0.71011 Nm2。材料越柔软，弹性系数越小，灵敏度越高。变形载荷传感器形状和力位置(续)、F、F、F、F、载荷传感器原理演示、附着在载荷传感器表面的应变计在向下力的作用下产生变形。轴变短，放射形变粗。负载传感器的应用(汽车衡)、使用一条腿激励，鼓励4个圆柱负载传感器的桥路，并在4号A/D转换器中将4个桥的输出转换为4个数字量，然后用单片机进行加法。汽车衡，汽车总重量测量，并扣除该型号汽车的重量，就可以判断超载、汽车衡称重系统、负载传感器计算，当KF为常数时，施加在桥梁路上的激励源电压Ui越高，总输出电压单位也越高。思考：综合考虑灵敏度、

14、功耗、热量等因素，Ui的范围有多好？载荷传感器应用估算，求解：在此载荷传感器铭牌上获得F m=100103N，KF=2mV/V，即可计算Uom=12mV。根据上述公式测量载荷：例如，用载荷传感器测量重量。桥梁电压Ui为6V时，桥梁的输出电压Uo以8mV测量，得出测量的载荷是多少吨？(阿尔伯特爱因斯坦，Northern Exposure(美国电视剧)，负载传感器用于组件的重量，负载传感器(总3，120度分布，不拍另外两个)，底座，垫板，)，电子人体秤中的四个角都装有电阻变化板(每个2个，串联)，用方形完成腿部，用单片机测量腿部电压，换算重量。钩子秤，便携式，如何将重量信号传送到总控制室的电脑？电

15、子秤的各种弹性元件，应变力矩(力矩)传感器，扭转轴是用于测量力矩和力矩的弹性敏感元件。力矩T等于力f和力臂l的乘积，即T=FL。在下图中，力臂是轴的半径，L=D/2。力矩的单位是Nm，测量较小力矩时也使用mNm单位。旋转机械组合的力矩称为扭矩。任何部件在力矩的作用下都必须引起一定程度的扭转变形。因此，过去我们称力矩为力矩。变形力矩(力矩)传感器，1电机2耦合3扭转轴4信号在滑动环5刷6减速器7旋转鼓(卷扬机)8重量Ti输入力矩ToG输出力矩I减速比，变形力矩(力矩)传感器，扭矩T的作用下，扭转轴的表面拉伸或压缩。在轴曲面上，轴和45方向(下图中的ab方向)的变形与图中CB方向的变形值相同，但符号相反。R1，R2可以与粘贴到力矩扭转轴背面的R3，R4一